长安大学某高度公路桥梁毕业设计设计报告文档格式.docx
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全年平均湿度为50%。
1.5地质条件
根据钻探、工程地质调绘，查明桥址区地层为第四系冲、洪积层及残、坡积层、震旦系板岩。
各工程地质层的容许承载力[σ0]、桩周土极限摩阻力[ι]等设计参数按下表采用。
层号
地层名称
容许承载力[]KPa
极限摩阻力[]Kpa
①
填筑土、种植土
120
15
②
亚粘土
160
40
③
粗砂
200
80
④
圆砾土
240
100
⑤
卵石土
350
140
⑥
180
45
⑦
碎石土
65
⑧1
全风化含砂质板岩
⑧2
强风化含砂质板岩
700
150
1.7参考文献
（1）《公路工程技术标准》（JTGB）；
（2）《公路桥涵设计通用规范》（JTGD），简称《通规》；
（3）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD），简称《公预规》；
（5）《公路桥涵设计手册》梁桥上册（人民交通出版社）1996；
（6）《混凝土简支板（梁）桥》（第三版）易建国（人民交通出版社）2006；
（6）《桥梁设计与计算》邵旭东李立峰（人民交通出版社）2006。
第二章桥型方案比选
2.1概述
为了设计出安全、适用、经济和美观的桥梁，要求设计者必需根据自然条件和技术条件，因地制宜，在综合应用专业知识及了解国内外新技术、新材料、新工艺的基础上，进行深入细致的研究和分析比较，才能科学得比较出最优设计方案。
在方案比较中主要有以下三项任务：
一是拟定桥梁图式，二是编制方案，三是技术经济比较和最优方案的选定。
编制设计方案,通常是从桥梁分孔和拟定桥粱图式开始。
对一般的大跨度桥梁，依据以往的设计经验，主跨与边跨的比值有一个范围，再由此选定可能实现的桥型图式，鼓励新式桥式的大胆采用。
一般选几个（通常2~4个）构思好、各具优点、但一时还难以断定孰优孰差的图式,作为进一步详细研究而进行比较的方案。
对每一图式可在跨度、高度、矢度等方面大致按比例画在同样大小的桥址断面图上。
编制方案中，主要指标包括：
主要材料（普通钢筋、预应力钢筋、混凝土）用量、劳动力数量、全桥总造价（分上、下部结构列出）、工期、养护费用、运营条件、有无困难工程、特种机具。
其目的在于为每个桥式提供全面的技术经济指标，以便相互比较，科学的从中选定最佳方案。
在编制方案中要拟定结构主要尺寸，并计算主要工程量。
有了工程量，采取相应的材料和劳动力定额以扩大单价，就可以确定全桥造价。
并且在每个方案中绘制出河床断面及地质分层的立面图和横断面图。
设计方案的评价和比较要全面考虑上述各项指标，综合分析每一方案的有缺点，最后选定一个最佳的推荐方案。
按桥梁的设计原则、造价低、材料省、劳动力少和桥型美观的应是优秀方案。
但当技术因素或是使用性质候特殊要求时就另当别论，注重考虑设计的侧重点。
技术高，造价必然会高，个个因素是相互制约的。
所以在比较时必须从任务书提出的要求以及地形资料和施工条件，找出所面临的问题的关键所在，分清主次。
在方案比较中，除了绘制方案比较图外，还应编写方案比较说明书。
其中应阐明编制方案的主要原则，拟定方案的理由，方案比较的综合评述，对于推荐方案的详细说明等。
有关拟定结构主要尺寸所作的各种计算资料，以及为估算三材指标和造价等所依据的文件名称，均以附件的形式载入。
在对本桥的设计中，选定三种桥式名分别是：
★预应力混凝土桥面连续简支T梁桥
★主跨125米钢筋混凝土箱型拱桥
★预应力混凝土双肢薄壁刚构桥
方案一：
预应力混凝土桥面连续简支T梁桥
方案简介：
本方案设计为2×
（3×
40）m预应力混凝土桥面连续简支T梁桥，单幅桥宽为12m,主梁采用T形截面梁，桥墩为薄壁空心墩、柱式敦，桩基础；
桥台采用柱式台。
考虑到此工程项目桥位处河流无通航要求，且简支梁构造、设计计算简单，受力明确，对地基没有特殊要求。
采用桥面连续，具有施工简易、行车条件好且经济合理的特点，且桥面连续相对于传统意义上的连续梁桥而言，降低了施工难度，同时一定程度上达到了结构连续的目的。
而相对于简支梁来说，减少了梁部的伸缩缝，并控制桥面横向裂缝额的产生。
方案一立面图图2-1
方案二：
主跨125米钢筋混凝土箱型拱桥
本方案为净跨125米钢筋砼箱形悬链线拱，净矢高26米，净矢跨比1/5，拱轴系数2.814；
拱上桥面板和引桥均为跨径20米先张法预应力砼空心板；
桥墩采用柱式墩，桩基础；
桥台采用重力式台和勒式台。
采用无支架缆索吊装施工方法，拱箱分段预制。
采用装配—整体式结方案二立面图图2-2
构型式，分阶段施工，最后组拼成一个整体。
方案三：
主桥为65+110+65m预应力砼连续刚构桥，桥墩为双肢薄壁桥墩，桩基础；
沿用桥位旧址处双肢薄壁铁路桥，桥型新颖简洁轻巧，外形美观，桥净空大，桥下视野开阔。
柔性双薄墩减小了主梁支墩净距，能有效消减墩顶弯矩峰值。
梁高小，跨度大，带有横梁的双肢薄壁墩具有一定的联合刚度，要承受较大弯矩，而各壁板内弯矩并不大。
因墩与上部结构固结，在大跨度连续结构中减少了安装大型支座和养护上的麻烦，减少了桥墩及基础工程的材料用量，适用于较高桥墩。
施工体系转换方便，伸缩缝少，行车舒服。
方案三立面图图2-3
2.2方案评选
比较项目
第一方案
第二方案
第三方案
主桥跨桥型
预应力混凝土简支梁
钢筋混凝土箱型拱桥
预应力双肢薄壁钢构桥
主桥跨结构特点
在垂直荷载的作用下，其支座仅产生垂直反力，而无水平推力。
结构造型灵活，整体性好，刚度较大,梁体高较大。
箱型拱截面挖空率大，与板拱相比，可以节约大量圬工材料，减轻桥梁自重。
由于是闭合截面，抗弯和抗扭刚度大，拱圈的整体性好，应力分布均匀。
施工要求高，吊装设备较多。
连续刚构桥具有较大的跨越能力，且无需设置大吨位支座。
伸缩缝较少，行车平顺，通畅，安全。
对地基要求比连续梁高，此处跨径大，墩高相对较小，温度，混凝土收缩产生较
大位移，对桥墩不利。
建筑造型
线条简洁，外形一般，但与当地的地形配合，显得美观大方
线条非常美，与环境和谐，增加了公路的景观
侧面上看线条明晰，与当地的地形配合，显得美观大方
养护维修量
小
较大
较小
设计技术水平
经验丰富，国内先进水平
施工技术
预制T型构件，运至施工地点，采用混凝土现浇，将T型梁连接，其特点外型简单、制造方便，整体性好。
转体施工法：
对周围的影响较大，将结构分开建造，再最后合拢，可加快工期，是近十年来新兴的施工方法，施工难度较大
挂蓝施工，施工难度较大，对施工队伍要求很高。
工
期
最短
次之
最长
2.3比选结论
由上表可知，根据该项目情况，结合桥梁设计原则，选择第一方案经济上比第三方案好；
跨径上满足要求，景观与环境协调，比第二方案好；
工期上较短，对整个工程进度来说不会受其影响；
施工难度较小，针对当地地质情况，采用桩基，加强基础强度。
所以选择第一方案作为首选。
第三章40米预应力混凝土桥面连续简支T梁
设计计算
1设计资料
一级公路；
（2）桥梁跨径：
标准跨径：
40m，计算跨径：
38.80m；
（3）设计荷载:
（4）桥面宽度:
2×
（0.5m护栏+净11m行车道+0.5m护栏+0.25m）=24.5m；
（5）主梁片数：
两幅，每幅各5片；
（6）结构重要性系数：
1.1；
（7）工程环境：
Ⅱ类类环境。
主梁、横梁、现浇接头、湿接缝、调平层混凝土均为C50。
混凝土主要指标见表1-1。
混凝土主要指标表1-1
强度
弹性模量（MPa）
容重（KN/m3）
强度设计值（MPa）
强度标准值（MPa）
轴心抗压（fcd）
轴心抗拉（ftd）
轴心抗压（fck）
轴心抗拉（ftk）
C50
3.45×
104
25
22.4
1.83
32.4
2.65
预应力混凝土：
γ=26kN/m3,沥青混凝土：
γ=24kN/m3。
采用Φs15.2高强低松弛钢绞线，其性能应符合《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T）标准，钢绞线主要指标见表1-2。
钢绞线主要指标表1-2
公称直径（mm）
截面面积（mm2）
单位重量（Kg/m）
标准强度fpk（MPa）
弹性模量EP（MPa）
松驰率ρ
松驰系数ζ
Φs15.2
139
1.102
1860
1.95×
105
0.035
0.3
（3）非预应力钢筋：
非预应力钢筋主要指标见表1-3。
非预应力钢筋主要指标表1-3
钢筋种类
抗压设计强度fsd
（MPa）
标准强度（MPa）
HPB235
195
235
2.1×
HRB335
280
335
2.0×
（4）钢板：
应符合GB700－2006规定的Q235钢板，容重γ=78.5kN/m3。
（5）锚具：
预制T梁采用OVM15型锚具及其配套设备，锚具变形、钢筋回缩按6mm（一端）计算；
金属波纹管摩阻系数μ=0.25，偏差系数k=0.0015。
（6）支座：
根据设置的部位不同，采用GYZ和GYZF4板式橡胶支座，其技术性能指标符合《公路桥梁板式橡胶支座》（JT/T4-2004）的要求；
支座不均匀沉降：
Δ=5mm。
（7）桥面铺装：
8cm厚C50混凝土调平层+10cm厚沥青混凝土。
（8）栏杆：
采用SA级F型防撞护栏，每侧护栏面积A=0.36m2（按每侧防撞栏9KN/m计），宽度为0.5m。
1.3设计要点
（1）根据《公桥规》（JTGD）要求，结构体系为简支桥面连续结构，按全预应力构件设计。
（2）设计计算采用手工计算，并采用Dr.Bridge3.1、MidasCivi7.9等结构计算软件进行校核。
（3）竖向梯度温度效应：
按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD）规定取值。
1.4设计规范
2结构尺寸拟定
2.1主梁片数与主梁间距
主梁间距通常随着梁高与跨径的增加而加宽为经济，此可以提高主梁截面效率ρ指标值，故在适可条件下适当加宽T梁翼缘板，采用内外梁翼缘板宽均为2.4m。
由于宽度较大，为保证桥梁的整体受力性能，桥面板采用现浇混凝土刚性湿接头，对设计资料给定的桥面宽度选用5片主梁，预制阶段，边梁宽1.7m,中梁宽2.05m,主梁之间留0.7m湿接缝。
主梁横断面布置图如图2-1。
主梁横断面布置图（尺寸单位：
cm）图2-1
2.2主梁尺寸拟定
（1）主梁高度
预应力混凝土简支梁桥的主梁高度与其跨径之比通常在1/15～1/25，当建筑高度有受限制时，增大梁高往往是较经济的方案，因为增大梁高可以节省预应力钢束用量，同时梁高加大一般只是腹板加宽，而混凝土用量增加不多。
综上所述，本设计中取用2.5m（H/L=1/16）的主梁高度是比较合适的。
（2）翼缘板厚度
T梁翼板的厚度主要取决于桥面板承受车轮局部荷载的要求，还应考虑能否满足主梁受弯时上翼板受压的强度要求。
本设计预制T梁的翼板厚度取16cm，根部加厚到25cm以抵抗翼缘根部较大的弯矩。
（3）腹板厚度
在预应力混凝土梁中腹板内主拉应力较小，腹板厚度一般由布置预应力孔管的构造决定，同时从腹板本身的稳定条件出发，腹板厚度不宜小于其高度的1/15即17cm，本设计中腹板厚度取20cm。
（4）马蹄尺寸
马蹄尺寸基本由布置预应力钢束的需要确定的，设计实践表明，马蹄面积占截面总面积的10%～20%为合适。
考虑到主梁需要配置较多的钢束，将钢束按二层布置，一层最多排三束，同时还根据《公预规》9.4.9条对钢束间距及预留管道的构造要求，初拟马蹄宽度为60cm，高度为35cm，马蹄与腹板交接处作三角形450过渡，高度为25cm，以减小局部应力。
（5）横隔梁设置
为了增加各主梁的横向联系，使各主梁在荷载作用下的受力均匀，本设计一共设置7道横隔梁，横隔梁厚度为20cm。
（6）横断面沿桥跨的变化
主梁采用等高形式，截面的T梁翼缘板厚度沿跨长不变。
梁端部分由于集中力的作用引起较大的局部应力，同时有布置锚具的需要。
在距梁端1米范围内腹板加厚至马蹄宽度。
主梁一般构造图见《40mT梁一般构造
（一）～（三）》。
2.3主梁全截面几何特性计算
（1）受压翼缘有限宽度bf’计算
按《公预规》规定，T形梁受压翼缘有效宽度bf’，取下列三者中的最小值：
①简支梁计算跨径的L/3，即L/3=3880/3=1293cm；
②相邻两梁的平均间距，对于中梁为240cm；
③b+6hh+12hf’式中，b为梁腹板宽度b=20cm，hh为承托根部厚度，hh=9cm,hf’为受压翼缘悬出板的厚度16cm,因此，b+6hh+12hf’=20+6×
9+12×
16=266cm。
综上结论，受压翼缘的有效宽度bf’=240cm。
中梁跨中截面分块示意图图2-2
（2）计算原理
毛截面面积：
A=∑Ai；
分块面积对上缘静矩：
Si=∑Aiyi；
毛截面重心至梁顶的距离：
ys=∑Aiyi/A；
毛截面惯性矩计算用移轴公式：
式中：
Ai—分块面积；
yi—分块面积形心到顶缘距离；
ys—毛截面重心至梁顶的距离；
Si—各分块对上缘的面积矩；
Ii—分块面积对其自身中心轴的惯性矩。
（3）典型截面计算
预制边板翼板宽度为205cm,成桥时为240cm，预制中板翼板宽度为170m,成桥时为240cm，采用分块面积法分别计算其截面特性。
本设计以成桥中跨中梁为例计算，见表2-1。
成桥中梁跨中截面几何特性表2-1
分块号
分块名称
分块面积Ai
分块面积分块面积形心到底缘距离yi
分块面积对上缘静矩∑Si=∑Aiyi
（ys-yi）
分块面积对截面形心惯矩Ix=A（ys-yi）2
分块面积自身惯矩Ii
cm2
cm
cm3
cm4
1
翼板
240×
16=3840
8.0
30720
91.7
163/12
=81920
2
三角承托
0.5×
60×
9=540
19.0
10260
80.7
93/36
=2430
3
腹板
20×
199=3980
115.5
459690
-15.8
993567
1993/12
=
4
下三角
20
×
25=500
206.7
103333
-107.0
253/36
=17361
5
马蹄
35=2100
232.5
488250
-132.8
353/12
=214375
合计
∑Ai=10960
∑Si=
∑Ix=0.7956×
108
∑Ii=0.1345×
ys=∑S/∑A=/10960=99.7
∑I=∑Ix+∑Ii=0.9301×
yx=H-ys=150.3
（4）截面几何特性计算结果
本设计在计算截面几何特征时，采用了AutoCAD计算机辅助绘图软件结合手工验算毛截面的几何参数，具体的数据如表2-2所示。
（5）校验截面效率指标
对以预制边梁跨中截面：
上核心距:
Ks=∑I/∑A.yx=0.8804/（1.040×
1.45）=0.58m
下核心距:
Kx=∑I/∑A.ys=0.8804/（1.040×
1.05）=0.81m
截面几何特性计算结果表2-2
截面位置
截面面积A（m2）
中性轴到梁顶的距离ys（m）
中性轴到梁底的距离yx（m）
截面惯性矩I（m4）
预制边梁
跨中
1.040
1.05
1.45
0.8804
支点
1.756
1.08
1.42
1.0765
预制中梁
0.984
1.10
1.40
0.8250
1.700
1.12
1.38
1.0185
成桥边梁
1.096
1.00
1.50
0.9301
1.812
1.1310
成桥中梁
截面效率指标=（Ks+Kx）/h=（0.58+0.81）/2=0.70＞0.5
对于预制中梁跨中截面：
Ks=∑I/∑A.yx=0.8250/（0.984×
1.40）=0.60m
Kx=∑I/∑A.ys=0.8250/（0.984×
1.10）=0.76m
截面效率指标=（Ks+Kx）/h=（0.60+0.76）/2=0.68＞0.5
以上表明，跨中截面尺寸拟定是合理的。
3主梁作用效应计算
根据桥跨结构纵、横断面布置，并通过可变作用下的桥梁横向分布计算，可分别求得个主梁的控制截面（一般取跨中、四分点、变化点截面和支点截面）的永久作用和最大可变作用效用，然后再进行主梁作用效应组合。
3.1结构自重作用效应计算
3.1.1结构自重作用荷载集度计算
（1）预制T梁一期结构自重作用荷载集度g1
预应力混凝土重力密度γ=26kN/m3,预制长度39.92m。
预制边梁：
g1=［1.040×
21.4+1.756×
3.12+（1.040+1.756）/2×
15.4+1.496×
0.2×
5+1.193×
2］×
26/39.92=51.24×
26/39.92=33.37kN/m
预制中梁：
g1=［0.984×
21.4+1.700×
3.12+（0.984+1.700）/2×
15.4+2.991×
5+2.386×
26/39.92=50.97×
26/39.92=33.20kN/m
（2）成桥后T梁一期结构自重作用荷载集度增加量
计入每片梁间湿接缝混凝土及横隔梁湿接缝混凝土的结构自重作用荷载集度，即为成桥后T梁一期结构自重作用荷载集度增加量△g1。
钢筋混凝土重力密度γ=25kN/m3,预制长度39.92m。
边梁：
△g1=（0.35×
0.16×
39.92+0.35×
2.09×
5+0.35×
2.19×
2）
25/39.92=3.27×
25/39.92=2.05kN/m
中梁：
△g1=2×
2.05=4.10kN/m
（3）二期结构自重作用荷载集度g2
二期结构自重作用荷载集度为桥面铺装与护栏自重集度之和。
桥面铺装层采用8cmC40钢筋混凝土现浇层+10cm沥青混凝土。
每侧护栏每延米混凝土为0.36m3,桥横向由5块梁组成，则每片梁承担二期永久作用效应的1/5。
则每块板上每延米桥面铺装自重：
g2=（0.1×
11×
24+0.08×
12×
25+2×
0.36×
25）/5=13.68kN/m
3.1.2结构自重作用效应内力计算
结构体系为简支梁结构，计算跨径为38.8m，设x为计算截面距左梁支座的距离，结构自重作用内力计算图式见图3-1。
结构自重作用内力计算图式图3-1
Mx=gLx-gx2/2=gx/2（L-x），Vx=gL/2-gx=g/2（L-2x），求得各截面的内力值，具体结果见表3-1。
结构自重作用效应内力汇总表表3-1
内力
作用gi
Mx=1/2gx（L-x）
Vx=1/2g（L-2x）
L/4
L/2
X
9.7
19.4
边梁
一期荷载集度q1
35.41
4997.49
6663.32
686.94
343.47
二期荷载集度q2
13.68
1930.73
2574.30
265.39
132.70
恒载集度总和q
49.09
6928.22
9237.63
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